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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA-BOUMERDES Faculté des Sciences de l’Ingénieur Mémoire de Master Présenté par : Mr. LEMDANI Rafik Mr. MALOUADJMI Nabil En vue de l’obtention du diplôme de Master en Génie Electrique Option : Automatique Thème : - Promotion Juin 2017 - Président K. HARRAR M.C.B UMBB Rapporteurs H. AKROUM M.C.B UMBB Examinateurs F. NAFA M.C.B UMBB K. HAMDAOUI M.A.A UMBB Etude, conception et réalisation d’une plateforme pour l’automatisation et le contrôle à distance des serres agricoles. ملخص يُعتبر هذا العمل دراسة ،تصميم وتنفيذ منص ة من اجل ال تحكم الذاتي والتحكم عن بعد في ا ل بيوت ا .لزراعية :ويتكون هذا المشروع من ثالثة أجزاء الجزء األول هو تصميم وانشاء لوحة التحكم باالعتماد على ال متحكم المصغرESP8266 ، فإنه يسمح با لتحكم اآل لي على المعل مات و الخاصة با لمناخ من خالل خوارزمية تحكم الضبابي ، و كذالك يرسل هذه البيانات من خ الل شبكة .اإلنترنت في الجزء الثاني، قمنا بتطوير واجهة اإلنسان واآللة التي تمكن عبر اإلنترنت من : عرض المعل و مات المناخ في الوقت الحقيقي على الواجهة الرئسية، ،تخزينها في قاعدة بيانات امكانية اعادة ضبط المضبوطة الخاصة بالمتحكم و التدخل اليدوي على المنفذات المتحكمات ب بيت ل الزراعي. وأخيرا قمنى بانشاء نموذج لبيت زراعي الذي سمح لنا با ختبار األداء وحسن سير ا.لمشرع الذي قمنا به الكلمات المفتاحية: البيوت الزراعية، التحك م في المعل و مات المناخ،ية المناخ المحلي، ال متحكم المصغرESP8266 ، ال متحكم ،لضبابي تطبيق ويب، ال متحكم كل او ال شيء، التحكم عن بعد، WiFi . RESUME Ce travail consiste à faire l’étude, la conception ainsi que la réalisation d’une plateforme pour l’automatisation et le contrôle à distance des serres agricoles. Ce projet est constitué en trois parties : La première partie consiste à concevoir une carte de commande à base du microcontrôleur ESP8266. Elle permet de faire le contrôle automatique des paramètres climatiques par un algorithme de régulation flou, et d’envoyer ces données par internet. Dans la deuxième partie, nous avons développé une interface homme-machine qui permet via internet de : visualiser les paramètres climatiques en temps réel et de les enregistrer dans une base de données, configurer les consignes du régulateur et intervenir manuellement sur les actionneurs de la serre. Enfin nous avons réalisé une serre prototype qui nous a permis de tester les performances et le bon fonctionnement de notre système. Mots clés : serres agricoles - contrôle des paramètres climatiques - microclimat - microcontrôleur ESP8266 - régulateur flou - régulateur TOR - application web - contrôle à distance - WiFi. ABSTRACT This work consist the study, design and realization of a platform for the automation and remote control of agricultural greenhouses. This project consists of three parts: The first part consists of designing a control board based on the ESP8266 microcontroller, it allows the automatic control of climatic parameters by a fuzzy logic algorithm, and sends this data via Internet. In the second part, we have developed an online human-machine interface which allows: to visualize the climate parameters in real time and to record them in a database, to configure the setpoints of the regulator and to manually control the actuators of the greenhouse. Finally, we realized a prototype greenhouse that allowed us to test the performance and the good functioning of our system. Key words: greenhouses - control of climate parameters – microclimate – ESP8266 microcontroller - Fuzzy controller - on–off controller – Web application - remote control – WiFi. Remerciements Nous remercions le bon Dieu de nous avoir accordé toute la patience, le courage, la volonté et la motivation qui nous ont permis de mener à bien ce travail jusqu’à sa fin. Nous tenons à présenter nos remerciements à notre promoteur Dr. AKROUM Hamza pour avoir accepté de diriger ce travail, pour l’aide, pour tous les conseils qu’il nous a apportés et l’encouragement constant qu’il n’a cessé de nous prodiguer tout au long de cette étude, qu’il trouve ici l’expression de toute notre gratitude. Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude et nos sincères remerciements à notre encadreur Mr. ADJERID Hussem-Eddine, doctorant à l’USTHB, pour sa précieuse aide, ces encouragements constants, ces bons conseils et pour nous avoir guidés durant toute la période d’exécution de ce travail malgré ses nombreuses préoccupations. Nous remercions les membres du jury de bien vouloir évaluer notre mémoire. Nous souhaitons remercier tous nos enseignants du département de génie électrique. Nos vifs remercîments s’étendent à tous les membres du club scientifique ELECTRO pour leur soutien moral et matériel. En fin nous remercions vivement tous ceux qui de près ou de loin, ont contribué d’une manière ou d’une autre à la réalisation de ce mémoire. Dédicace C’est avec profonde gratitude et sincères mots, que je dédie ce modeste travail de fin d’étude à mes chers parents, pour leur patience, leur encouragement et leur soutien. J’espère qu’un jour, je puisse leurs rendre un peu de ce qu’ils ont fait pour moi. Que dieu leur prête bonheur et longue vie. Je dédie aussi ce travail à ma sœur, ma grand-mère, mon oncle et mes tantes, A mon binôme Nabil, A mes amis : Aïssa, Youcef, Hussem-eddine, Ihab, Oulhadj, Ibtissam, Kenza, Schehrazed, Rosa, Karim et Chamseddine, A tous mes amis du club Electro, Et à tous ceux qui me sont chers. Rafik Dédicace Je dédie ce modeste travail de fin d’étude à mes chers parents, que tous les mots du monde ne sauraient exprimer ma profonde gratitude pour leur patience, leurs encouragements et leur soutien. Que dieu leur prête bonheur et longue vie. A mes chères sœurs. A mes chers frères. Aux enfants de mes frères. Mes oncles et mes tantes, tous mes cousins et tous mes cousins et cousines ainsi que tout ma famille. A mon binôme Rafik. A tous les membres du club scientifique Electro. A mes chers amis, Aïssa, Youcef, Kousseila, Karim, Kenza, Rosa, Ibtissam, Schehrazed, Oulhadj, Ihab, Chamseddine et Hussem-eddine. A tous mes amis. A tous mes professeurs qui m’ont enseigné. Et tous ceux qui me sont chers. Nabil Table des matières Introduction générale………………………………………………………..………………...1 CHAPITRE 1 La serre et son climat I.1. Introduction ........................................................................................................................... 3 I.2. Les serres agricoles ............................................................................................................... 3 I.2.1. Intérêt de la serre ................................................................................................................ 3 I.2.2. Choix de la serre et de sa couverture .................................................................................. 4 I.2.3. Classification des serres ..................................................................................................... 4 I.3. Type de ventilation de la serre .............................................................................................. 7 I.3.1. Ventilation naturelle ........................................................................................................... 7 I.3.2. Ventilation forcée ............................................................................................................... 7 I.4. Les équipements d’une serre ................................................................................................. 7 I.4.1. Les actionneurs ................................................................................................................... 7 I.4.1.1. Chauffage d’air ................................................................................................................ 7 I.4.1.2. Extracteurs ....................................................................................................................... 8 I.4.1.3. Double paroi gonflable .................................................................................................... 8 I.4.1.4. Le système de réfrigération (Cooling) ............................................................................ 9 I.4.1.5. Brasseur d’air .................................................................................................................. 9 I.4.1.6. Le fog system ................................................................................................................ 10 I.4.1.7. L’éclairage ..................................................................................................................... 10 I.4.2. Les Capteurs ..................................................................................................................... 12 I.4.2.1. L’anémomètre ............................................................................................................... 12 I.4.2.2. Le pluviomètre .............................................................................................................. 13 I.4.2.3. Girouette ........................................................................................................................ 14 I.4.2.4. Capteurs d'humidité volumétrique ................................................................................ 15 I.4.2.5. Température et humidité combinées (AFTF-35) ......................................................... 15 I.4.2.6. Sonde de dioxyde de carbone GMP252 ........................................................................ 16 I.5. Le Micro climat de la serre ................................................................................................. 17 I.5.1. Intérêts de la détermination du microclimat ..................................................................... 17 I.5.2. La température .................................................................................................................. 18 I.5.2.1. L’effet de serre .............................................................................................................. 18 I.5.2.2. Consigne pratique de température ambiante ................................................................. 18 I.5.3. L’humidité ........................................................................................................................ 19 I.5.3.1. Consigne pratique d’hygrométrie .................................................................................. 19 I.5.3.2. La déshumidiﬁcation ..................................................................................................... 19 I.5.4. Le Rayonnement .............................................................................................................. 20 I.5.5. Le gaz carbonique ............................................................................................................ 20 I.6. Conclusion ........................................................................................................................... 20 CHAPITRE 2 Description du systeme à réaliser II.1. Introduction ........................................................................................................................ 21 II.2. Schéma synoptique ............................................................................................................ 21 II.3. Choix de la solution technologique.................................................................................... 22 II.4. Partie commande ................................................................................................................ 22 II.4.1. Etude des microcontrôleurs ............................................................................................. 22 II.4.1.1 Avantages des microcontrôleurs ................................................................................... 22 II.4.1.2 Choix du microcontrôleur ............................................................................................ 23 II.4.1.3 Etude comparative ........................................................................................................ 23 II.4.1.4 Le microcontrôleur ESP8266 ........................................................................................ 24 II.4.1.5. Brochage de l’ESP8266 12E ........................................................................................ 24 II.4.1.6. Architecture interne d’un ESP8266 ............................................................................. 24 II.4.2. Les circuits relatifs au microcontrôleur .......................................................................... 26 II.4.3. Le bus I²C ........................................................................................................................ 26 II.4.4. Limites de l’ESP8266 et solutions .................................................................................. 27 II.4.5. L’affichage ...................................................................................................................... 28 II.4.6. Utilisation du bus I²C ...................................................................................................... 29 II.4.7. Programmation du microcontrôleur ................................................................................ 29 II.5. Capteurs utilisés ................................................................................................................. 30 II.5.1. La photorésistance .......................................................................................................... 30 II.5.3. Capteur de température LM35 ........................................................................................ 32 II.5.4. Capteur d’humidité DHT11 ............................................................................................ 33 II.5.5. Le potentiomètre ............................................................................................................. 34 II.6. Partie puissance .................................................................................................................. 35 II.6.1. Le moteur DC ................................................................................................................. 35 II.5.2. L’extracteur ..................................................................................................................... 35 II.6.3. La pompe d’arrosage ....................................................................................................... 36 II.6.4. Le servomoteur ............................................................................................................... 36 II.6.5. Circuit L293D ................................................................................................................. 37 II.6.6. L’humidificateur ............................................................................................................. 38 II.6.6.1. Description du Shengmeiyu Mini-humidifier .............................................................. 39 II.6.7. Le relais ........................................................................................................................... 39 II.6.8. L’alimentation ................................................................................................................. 40 II.7. Conclusion ......................................................................................................................... 41 CHAPITRE 3 Commande et régulation automatique III.1. Introduction ...................................................................................................................... 42 III.2. La régulation automatique ................................................................................................ 42 III.2.1. Notion de système ......................................................................................................... 42 III.2.2. La régulation numérique ................................................................................................ 43 III.2.3. Régulation Tout Ou Rien ............................................................................................... 43 III.2.4. Régulation PID .............................................................................................................. 44 III.2.5. Régulation par logique floue ......................................................................................... 45 III.2.5.1. Variables floues .......................................................................................................... 45 III.2.5.2. Règles d’inférence ...................................................................................................... 46 III.2.5.3. La défuzzification ....................................................................................................... 46 III.2.5.4. Les avantages et inconvénients de la logique floue .................................................... 47 III.2.6. Choix du régulateur ....................................................................................................... 47 III.2.6.1. Etude comparative des régulateurs uploads/Geographie/ memoire-2-pdf.pdf